Die richtige Geschwindigkeit
Wir fassen mal kurz zusammen: Raketen starten mithilfe des Rückstoßprinzips. Dafür treten Gase aus den Triebwerksdüsen der Rakete aus, die sie in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Damit sich eine Rakete schnell genug bewegt und nicht gleich wieder zu Boden fällt, muss am Triebwerk ausreichend Masse austreten. Aber wie schnell muss eine Rakete sein, damit sie bis in eine Umlaufbahn um unseren Planeten kommt? Man kann sehr genau ausrechnen, wie stark die Anziehungskraft der Erde ist. Und weil man sie genau kennt, weiß man: Eine Rakete muss eine Geschwindigkeit von 27.500 Kilometer in der Stunde erreichen. Umgerechnet sind das über 7 Kilometer in einer einzigen Sekunde! Das ist schon wirklich ziemlich schnell! Du kannst ja mal herausfinden, wie weit dein Weg zur Schule ist, und dann berechnen, wie lange du mit Raketengeschwindigkeit von zu Hause bis zur Schule unterwegs wärst. Vielleicht würde das sogar weniger als eine Sekunde dauern …
Wikipedia, Todd Timberlake
Das mit der Geschwindigkeit zeigen wir dir hier nochmal in einem ähnlichen Beispiel. Da wird eine Kugel um die Erde herum geschossen. In der ersten Animation ist die Kugel 6.000 Meter in einer Sekunde schnell. Das ist schon ziemlich viel, aber wie du siehst, reicht es nicht, um die Erdanziehung zu überwinden: Die Kugel fällt nach einer Weile wieder zurück auf die Erdoberfläche.
Wikipedia, Todd Timberlake
In der zweiten Animation ist die Kugel 7.300 Meter pro Sekunde schnell – und mit dieser Geschwindigkeit ist sie schnell genug, um nicht mehr auf die Erde zurück fallen. Mit einer so großen Geschwindigkeit fällt sie sozusagen an der Erde vorbei!
Und hier kommt ein kleines Rätsel für dich zum Nachdenken – die Auflösung folgt ein paar Zeilen später unter dem Video, das dir vielleicht schon ein paar Hinweise gibt. Eine Rakete alleine kann gar nicht so schnell fliegen! Denn sie ist ja ziemlich schwer. Das liegt teilweise an der Rakete selbst, die mit ihrer Hülle ja einiges wiegt. Vor allem aber liegt es an den vielen Tonnen Treibstoff, den sie benötigt. Verrückt, oder? Sie braucht den Treibstoff, um zu starten – aber er wiegt gleichzeitig so viel, dass sie nicht schnell genug wird. Mehr Treibstoff tanken wäre da auch keine Lösung – dann würde sie ja nur noch schwerer. Was tun? Sieh dir mal das Video an, in dem wir mit dem Wissenschaftsjournalisten Karsten Schwanke einige Dinge rund um Raketenstarts erklärt haben.
Das Rückstoßprinzip
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Hast du die Lösung gefunden? Sie besteht aus einem ziemlich genialen „Trick“: nämlich aus einer Rakete auf einer Rakete! Fachleute sprechen dabei von den Raketenstufen. Jede hat eigene Tanks mit Treibstoff und auch ein eigenes Triebwerk. Wenn die Rakete startet, zündet zuerst nur die untere Stufe – manchmal unterstützt durch kleine Hilfsraketen an der Seite. Nachdem die Rakete einige Minuten lang unterwegs ist und die erste Stufe ihre Höchstgeschwindigkeit erreicht hat, ist ihr Tank leer und die Hülle wird abgetrennt. Und dann zündet die zweite Stufe ihre Triebwerke. Sie nimmt jetzt die Geschwindigkeit der ersten Stufe mit und wird anschließend noch schneller.
NASA
Die Geschwindigkeiten addieren sich also gewissermaßen. Du kannst dir das so vorstellen: Wenn du einen Ball aus dem Stand heraus wirfst, fliegt er vielleicht mit einer Geschwindigkeit von 2 Metern in der Sekunde nach vorne. Wenn du aber schnell rennst und den Ball aus dem vollen Lauf nach vorne wirfst, ist er ja viel schneller: Du rennst vielleicht mit 3 Metern in der Sekunde nach vorne – und dann hat der Ball ein Tempo von insgesamt 5 Metern pro Sekunde. Verstanden? Deine Laufgeschwindigkeit plus die Fluggeschwindigkeit des Balles addieren sich. So ähnlich addieren sich die Geschwindigkeiten der Raketenstufen. Hinzu kommt bei einer Rakete auch noch, dass sie die leere Hülle der ersten Stufe nicht mehr „mitschleppen“ muss: Die ist ja inzwischen ausgebrannt und nur noch unnötiger Ballast.